張仲勝 李 敏，2 宋曉林 薛振山 呂憲國姜 明，3 武海濤 王雪宏

（1 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長春 130102）

（2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

（3 長白山濕地與生態(tài)吉林省聯(lián)合重點實驗室，長春 130102）

土壤碳庫是陸地系統(tǒng)最的碳庫，據(jù)估計，全球表層土壤中碳儲量在700×1015～2 946×1015g之間，占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的2/3［1］。土壤碳庫作為大氣碳庫的匯/源功能的轉(zhuǎn)換對維持全球碳循環(huán)過程平衡，減緩溫室效應(yīng)意義重大［2］，并受到多種環(huán)境因素的制約，其中氣候變化已經(jīng)成為其中最主要、最強大的營力［3-4］。自有氣象記錄數(shù)據(jù)以來，氣溫升高及降水波動成為氣候變化的主要特征。最近100年的全球溫度線性趨勢為0.74℃，其中陸地區(qū)域的增溫速率要遠高于海洋區(qū)域，降水在全球呈現(xiàn)波動變化，導(dǎo)致水熱通量分配在全球尺度上發(fā)生深刻改變［5］。水熱波動勢必將影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫儲量及其與其他碳庫的反饋機制。

目前已有的大部分研究從不同層面考察了氣候變化對土壤碳庫改變的驅(qū)動過程及作用機理，包括地表植被格局演變［6］、水文波動［7］、微生物群落變化［8］、土壤呼吸［9］、營養(yǎng)鹽供給［10］、有機質(zhì)分解的敏感性［3］等。雖然這些研究取得了豐富的成果，卻鮮有從土壤碳庫分子結(jié)構(gòu)特征對氣候變化響應(yīng)機制角度的研究。由于不同的含碳官能團結(jié)構(gòu)對分解的抗性不同，其在環(huán)境中的持留時間存在極大差異［11］，因此，有機碳官能團結(jié)構(gòu)組成特征在很大程度上決定了土壤中碳庫的循環(huán)速率與穩(wěn)定性。

在微觀尺度上土壤碳庫中化學(xué)官能團如何響應(yīng)氣候變化及由其導(dǎo)致的環(huán)境條件的改變？土壤中穩(wěn)定性碳庫與不穩(wěn)定碳庫的本質(zhì)及區(qū)分特征是什么？穩(wěn)定性碳庫是否是真的穩(wěn)定？這一系列重大科學(xué)問題目前依然缺乏微觀尺度上的機理解讀。闡明氣候變化與土壤碳庫分子結(jié)構(gòu)特征之間的相互作用機制及反饋關(guān)系，也是目前氣候變與陸地碳循環(huán)反饋過程研究中的熱點與難點問題［12］。本質(zhì)上，土壤碳庫的輸入與輸出過程均可歸結(jié)于分子尺度上含碳官能團結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)過程。從微觀水平回答氣候變化背景下土壤碳庫分子結(jié)構(gòu)特征及相互轉(zhuǎn)化過程及驅(qū)動因素，對于評估未來氣候變化情境下土壤碳庫穩(wěn)定性變，制定適應(yīng)性管理對策具有重要科學(xué)意義和指導(dǎo)作用?；诖耍狙芯烤C述了目前相關(guān)領(lǐng)域研究進展，旨在揭示土壤碳庫分子結(jié)構(gòu)特征對氣候變化等環(huán)境條件改變的響應(yīng)過程及機理，以期為深入理解土壤碳循環(huán)機理提供科學(xué)支持，并前瞻未來研究熱點。

1　氣候變化直接效應(yīng)對土壤有機碳庫分子結(jié)構(gòu)影響

1.1　氣溫升高

氣溫升高是全球氣候變化的最主要特征，其與土壤碳庫之間存在極為復(fù)雜的或正或負反饋關(guān)系，并且已成為影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程的主要營力之一［3］。氣溫升高通過改變地表植被、土壤菌落及有機碳分解過程影響土壤碳庫分子結(jié)構(gòu)特征［13］。在全球尺度上，隨著緯度的升高及氣溫的降低，可溶性有機質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)組成具有規(guī)律性［14］。升溫將通過改變植被及土壤中微生物碳循環(huán)過程影響土壤有機質(zhì)（SOM）組成，在土壤升溫過程中，來源于葉片表皮的角質(zhì)組成顯著增加，而同時其他主要SOM組分（如碳水化合物、軟木脂類及木質(zhì)素）保持相對不變或減少［15］。升溫導(dǎo)致土壤中真菌數(shù)量增加，而真菌是土壤木質(zhì)素的主要分解者，這促進了土壤中木質(zhì)素的氧化程度，降低了碳庫的穩(wěn)定性［16］。氣候變化會在分子水平上改變土壤SOM的組成，增加源于葉片表皮的碳在土壤中的累積?？紤]到未來氣候增溫趨勢，未來氣候變暖將增加土壤中來自葉片表皮的碳累積，這一點在森林生態(tài)系統(tǒng)中尤為明顯［15］。同時，升溫也促進了脂肪族化合物、角質(zhì)及環(huán)狀化合物的分解，增強了微生物活性，導(dǎo)致土壤中植物源的烷基結(jié)構(gòu)和微生物源有機質(zhì)累積［12］，雖然一些研究表明，當(dāng)氣溫在0.7℃范圍內(nèi)變化時，土壤的性質(zhì)尤其是SOM的總量對氣候變化的響應(yīng)不顯著［17］，然而在增溫過程中SOM不同分子結(jié)構(gòu)碳組分含量及比例的變化，將不可避免地影響土壤碳庫穩(wěn)定性［17-18］。這一點在室內(nèi)模擬實驗中得到證明，即在緩慢的土壤升溫過程中，同土壤礦物相結(jié)合的有機碳分子結(jié)構(gòu)特征發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)出多糖類和木質(zhì)素類大幅減少，而脂類物質(zhì)則大量增加［19］。

1.2　水文格局改變

降水增加將改變地表水文格局，調(diào)節(jié)植物生長及減緩枯落物分解過程，進而影響土壤碳庫儲量及碳固定過程［20-21］。降雨量增加將促進濕地土壤固碳速率的增加［22］，然而降水及濕地地表水文過程變化是否會影響土壤中有機質(zhì)分子結(jié)構(gòu)目前卻鮮有研究。通過對比不同水源補給沼澤——礦質(zhì)泥炭沼澤（多水源補給）與雨養(yǎng)泥炭沼澤（僅降水補給），發(fā)現(xiàn)前者土壤碳庫中C-H鍵結(jié)構(gòu)更少，表明礦質(zhì)泥炭較雨養(yǎng)泥炭中具有更多的活性物質(zhì)，排水及其導(dǎo)致的泥炭分解也影響到土壤SOM結(jié)構(gòu)組成，在未排水的泥炭地中，含有極高的脂肪族化合物，而隨著排水程度的增加，C-H鍵將減少，而C=O鍵增加，表明有機質(zhì)分解程度增加，礦化過程加劇［23］。水文過程在根本上控制濕地生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)、過程及功能的變化，降水增加或地表水的存在將限制土壤中枯落物及有機質(zhì)的分解過程，促進土壤碳庫的增加［24］，然而在此過程中土壤碳庫的分子結(jié)構(gòu)特征的變化及其對碳穩(wěn)定性可能的影響目前卻少有研究。此外，水位的波動可通過影響土壤中Fe形態(tài)進而控制有機質(zhì)的化學(xué)機構(gòu)。對青藏高原濕地中水位波動與有機碳化學(xué)機構(gòu)研究表明，土壤中酚類化合物的氧化活性受到Fe2+和水位的控制，隨著水位降低，酚類的氧化活性在降低，導(dǎo)致可溶性的芳香族化合物累積［25］。

1.3　大氣CO2濃度升高

以CO2為代表的溫室氣體的增加是導(dǎo)致全球增溫的主要驅(qū)動力，CO2增加不可避免的對土壤中有機碳庫的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。CO2增加作為“碳肥”，能夠刺激植物光合作用，在一定程度上提高植物生物量，并增加土壤表層有機物輸入。此外，CO2增加更多是通過“微生物泵”（microbial priming effect）影響土壤中的有機碳庫穩(wěn)定性［26］。底層土壤碳庫的穩(wěn)定性在相當(dāng)大程度上受到碳供應(yīng)的控制［27］，而CO2促進生物量增加并進入土壤中后，隨著微生物的分解，其產(chǎn)生的更多的纖維素及葡萄糖成分將促進土壤中“老”的有機碳（old carbon）的礦化，尤其是在草地生態(tài)系統(tǒng)中，CO2增加間接性導(dǎo)致土壤中纖維素的增加，將極大促進土壤中底層有機碳的分解，并且其促進作用超過了溫度、氮素及氧氣增加的貢獻，而通常底層土壤中的有機碳被認為是相對穩(wěn)定的［27-28］。CO2的增加同樣可以通過根系和根系分泌物增加土壤中不穩(wěn)定性碳的含量，并進一步促進微生物活性而導(dǎo)致碳礦化速率加快，從引起土壤中穩(wěn)定性碳庫的活化。大氣中CO2濃度的升高將與土壤中“老”有機碳的分解之間形成正反饋關(guān)系，降低土壤中有機碳庫的穩(wěn)定性［26］。盡管如此，大氣中的CO2增加與土壤碳庫中分子結(jié)構(gòu)之間的相互作用及耦合機制目前依然尚缺乏解答。

2　氣候變化間接效應(yīng)對土壤有機碳庫分子結(jié)構(gòu)影響

2.1　植被演替

氣候變化將不可避免的影響陸地生態(tài)系統(tǒng)地表植被的演替過程。例如在東北地區(qū)濕地中，隨著氣溫升高及地表水位的降低，小葉章北侵趨勢明顯［29-30］。地表植被覆蓋的變化，改變了土壤中植被來源的有機碳分子結(jié)構(gòu)，并影響土壤中碳庫的穩(wěn)定性［31］。在相同的氣候區(qū)中，優(yōu)勢植被群落的不同導(dǎo)致土壤有機碳的主要官能團差異明顯。例如在加利福尼亞地區(qū)，橡樹群落土壤有機質(zhì)以羥基碳為主，常綠灌木群落土壤有機質(zhì)以烷氧基碳為主，而松柏群落土壤有機質(zhì)以烷基碳為主［32］。不同的植被群落組成，其木質(zhì)素產(chǎn)生的酚類差異較大。裸子植物只產(chǎn)生香草基酚類，而被子植物則會產(chǎn)生等量的香草基和紫丁香基酚類［33］。這些酚類的差異，代表了木質(zhì)素在土壤中的分解狀況及穩(wěn)定性。相比于森林而言，草地中土壤中通常具有較高的C/V比（肉桂基/香草基cinnamyl/vanillyl），這主要是由于草本植物中通常含有較高的肉桂基［34］。對瑞典地區(qū)沼澤與泥炭丘土壤研究表明，隨著地表植被由禾本科演變?yōu)樘\類，土壤中惰性碳組分，如烷基碳及芳香基碳在不斷增加［35］。人類活動引起的地表植被演替，例如由牧場的自然植被轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)作物甘蔗時，新鮮植物葉片對土壤中有機碳的貢獻量明顯增加［36］。

2.2　土壤動物擾動

氣候變化對土壤動物的群落、結(jié)構(gòu)及組成具有顯著影響［37］，進而通過影響土壤動物群系改變土壤碳庫分子結(jié)構(gòu)組成。許多土壤動物，例如蚯蚓、螞蟻、白蟻等作為土壤工程師，其在土壤中的運動、攝食、筑巢等行為將直接或者間接改變有機碳分子結(jié)構(gòu)［38-39］。研究表明，螞蟻窩土壤中的有機碳含量低于周圍土壤，同時螞蟻窩也是CO2、N2O等溫室氣體的排放熱點［40-42］。與周圍土壤相比，螞蟻窩土壤中的腐殖酸裂解產(chǎn)物較少，基本在30～40種化合物之間，而對照土壤中腐殖酸的裂解產(chǎn)物較多，基本均在200～300種之間。二者之間除烷基碳差異不明顯之外，螞蟻窩土壤中脂肪族、芳香族、木質(zhì)素、多糖及酚類化合物明顯低于對照土壤，其中木質(zhì)素與多糖類物質(zhì)幾乎已經(jīng)完全消失，而含氮化合物和含硫化合物則遠高于對照土壤（未發(fā)表數(shù)據(jù)）。盡管如此，土壤動物在土壤碳庫的化學(xué)結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性維持中的作用缺乏認知。Snyder等［43］通過對比研究表明，經(jīng)過引種蚯蚓的土壤與對照土壤中有機碳結(jié)構(gòu)差異不明顯，因此推斷蚯蚓可能更多影響了通過物理保護機制而被保護的碳組分，然而其并未明確揭示二者的耦合與作用機制。

2.3　微生物活性

氣候變化通過改變土壤的溫度、水分、透氣性、營養(yǎng)鹽供給等多種方式影響土壤中微生物群落及活性。細菌、真菌及放線菌是土壤中枯落物及有機質(zhì)最主要的分解者，微生物群落與土壤有機質(zhì)化學(xué)性質(zhì)之間的相互作用控制著土壤的碳循環(huán)過程。Grandy和Neff［13］提出的概念模型指出，在植被殘體逐漸分解并最終被保存的過程中，每一步都有微生物的參與，大部分的植物碳必須首先進入到微生物碳庫中而后才能釋放至其他碳庫中，同時隨著分解程度加深或者與有機碳被保護的程度不同，其主要的化合物結(jié)構(gòu)也發(fā)生顯著變化（圖1）。

圖1　微生物在植被殘體分解及與顆粒結(jié)合過程中的作用Fig. 1 Effects of microbe on the processes of decomposition and combination of plant residue with soil particles

土壤中有機碳中含有N原子的結(jié)構(gòu)通常與微生物有關(guān)。例如吡啶（pyridine）和吡咯（pyrrole）的豐度與真菌/細菌比例顯著負相關(guān)，而木質(zhì)素的派生物與真菌/細菌比例顯著正相關(guān)［44］。真菌是土壤中木質(zhì)素最主要的分解者［45］，真菌數(shù)量及活性的增加，將導(dǎo)致土壤中木質(zhì)素分解加劇，產(chǎn)生多種酚類并進入更深的分解階段。此外，由于微生物的生命活動不同于植被，在其生命活動中通常產(chǎn)生一些分子標(biāo)志物。例如具有支鏈的短鏈烷酸（＜C20）、藿烷類、麥角固醇等均是微生物所產(chǎn)生的有機碳組分［46］。然而目前對于微生物種群結(jié)構(gòu)與有機碳化學(xué)特征之間的關(guān)系依然缺乏足夠的認知。

3　土壤碳庫分子結(jié)構(gòu)變化對碳庫穩(wěn)定性影響

全球氣候變化背景下土壤有機碳穩(wěn)定性機制目前尚不清楚，其受到碳組分來源、結(jié)構(gòu)特征、環(huán)境因子（氣溫、降水、地形等）、微生物活動等多種因素的交互影響［3，12，47-48］。一般而言，土壤碳組分活性越高，周轉(zhuǎn)時間越短，碳庫穩(wěn)定性越差。在全球尺度上，隨著溫度與緯度的增加，土壤碳周轉(zhuǎn)時間也在增加［49］，土壤中最年輕的碳組分（107年以內(nèi)）主要含有高含量的芳香基，低的O-烷基C/芳香C比例，而最老的碳（＞1000年）具有低的芳香族化合物和O-烷基碳［50］，這表明土壤碳庫分子結(jié)構(gòu)特征可能對碳庫穩(wěn)定性具有本質(zhì)上的調(diào)控作用。土壤中有機質(zhì)主要來源于植被殘體分解、根系分泌物釋放及微生物過程等，由于形成有機質(zhì)底物在分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)的差異，導(dǎo)致不同來源有機質(zhì)通常其分子組成差異巨大［51-52］。例如來源于植被根系的SOM含有大量的木質(zhì)素組分，碳鏈長且多為偶數(shù)；而與黏土顆粒物（＜38 μm）相結(jié)合的碳組分含有大量的碳水化合物裂解物，包括糠醛、吡咯等，主要源于微生物釋放的脂類化合物裂解過程［13］。這種差異導(dǎo)致通?？刹捎靡恍┥飿?biāo)志物（Biomarker）來判斷土壤碳來源。例如偶碳原子數(shù)長鏈（＞C20）的鏈烷酸和鏈醇類通常是源于植物的脂肪質(zhì)化合物，而支化的短鏈烷酸（＜C20）、麥角固醇等通常源于微生物過程［13］。由于SOM中不同化合物的分子結(jié)構(gòu)對于氣溫、水文及微生物分解過程敏感性不同，從而決定了土壤中碳庫穩(wěn)定性的差異。土壤剖面上碳庫分子結(jié)構(gòu)也存在明顯差異，土壤表層中存在的主要是脂肪族化合物，而隨著深度的增加，烷基碳增加，而O-烷基碳、芳香族及脂肪族化合物在減少［53］。這種差異導(dǎo)致土壤底層碳庫往往較表層碳庫具有更高的穩(wěn)定性［54］。開頂箱（OTC）CO2倍增及增溫實驗表明，增溫過程中，脂肪酸（FAs）并未在土壤的細顆粒中累積，表明FAs并不能通過吸附與礦物組分結(jié)合而穩(wěn)定化，同位素標(biāo)定結(jié)果表明，土壤有機碳組分中只有短鏈的（C16+18）脂肪酸碳來源發(fā)生變化，表明短鏈的FAs較長鏈具有更高的更快的循環(huán)速率［55］。短鏈的脂肪酸一般指代源于微生物活動釋放的碳，這表明氣候變化可能會通過調(diào)控微生物活動影響濕地土壤碳庫穩(wěn)定性。

對土壤中碳組分及其分子結(jié)構(gòu)不斷深入的研究揭示甚至顛覆了對過去認為的一些穩(wěn)定性碳組分性質(zhì)的認識，例如木質(zhì)素及腐殖質(zhì)等。木質(zhì)素代表了植物殘體及較大顆粒（＞53μm）碳組分［56-57］。過去認為木質(zhì)素是相對穩(wěn)定的碳組分，對分解過程具有很強的抗性，能夠被選擇性的保留在碳庫中。然而近來研究發(fā)現(xiàn)，在分解初期階段木質(zhì)素是相對穩(wěn)定的，而氣候變暖條件下，有機質(zhì)分解加速，木質(zhì)素并不會被被選擇性保存下來［58］。而土壤中最為穩(wěn)定的碳組分通常含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，尤其是當(dāng)芳香族化合物被氧化后與黏土礦物相結(jié)合將形成穩(wěn)定的碳庫［59］。腐殖質(zhì)一般被認為是土壤中較為穩(wěn)定的碳組分，過去的概念認為腐殖質(zhì)是大分子物質(zhì)［60-63］，而近來的研究表明腐殖質(zhì)本質(zhì)上是低分子量有機化合物通過氫鍵和其他作用力結(jié)合在一起形成的不穩(wěn)定聚合物［64］。這種概念上的改變帶來對腐殖質(zhì)穩(wěn)定性的重新認識。盡管如此，Sutton和Sposito［64］針對腐殖酸結(jié)構(gòu)組成的研究并未完全推翻傳統(tǒng)對土壤腐殖質(zhì)的認識，同時目前針對腐殖物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)組成及其對氣候變化直接或間接影響的響應(yīng)并無太多研究。尤其是胡敏素作為土壤中腐殖酸的主體，其化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子組成及其如何響應(yīng)氣候變化目前依然缺乏研究［11］。土壤環(huán)境及外界環(huán)境因子改變會打破將不同化合物膠聯(lián)形成腐殖質(zhì)的氫鍵及作用力（范德華力），并釋放一些更低分子量的化合物（主要以可溶性有機碳形式），降低土壤碳穩(wěn)定性［65］。對典型泥炭地土壤中的腐殖酸和富里酸分子結(jié)構(gòu)研究表明，相比于深層土壤，表層土壤中的腐殖酸物質(zhì)具有更高程度的芳香縮合度。隨著土壤深度的增加，泥炭腐殖酸中的烷基碳的含量幾乎不變，而含氧烷基碳組分顯著減少［66］。考慮到泥炭表層與底層之間在含氧量、氧化還原電位、地溫等方面的差異，可以推測氣候變化可能將對土壤腐殖酸分子結(jié)構(gòu)組成造成顯著影響。也有研究表明，雖然增溫能夠提高土壤中腐殖酸、胡敏酸及溶解性有機碳（DOC）的含量，然而這種變化主要是由土壤中離子強度的減弱導(dǎo)致，而增溫的貢獻則相對較?。?7］。

目前大多數(shù)研究認為土壤碳庫中活性碳組分較惰性碳組分對氣候變化更為敏感［4，68-69］，然而近來研究表明土壤惰性碳庫對溫度變化的敏感性與同活性碳庫相比差異不大，兩種碳庫對于全球變暖具有類似的響應(yīng)［70］。這表明土壤碳庫結(jié)構(gòu)組成、穩(wěn)定性及其與氣候變化相互作用機制遠比目前的認識水平復(fù)雜，需要進一步深入研究。

4　研究展望

綜上，土壤碳庫中的分子結(jié)構(gòu)與氣候變化及其所導(dǎo)致的后續(xù)環(huán)境/生態(tài)過程改變具有緊密聯(lián)系，然而目前對于二者之間的關(guān)聯(lián)認知及相互作用機制的闡釋明顯不足。目前亟待加強的相關(guān)研究可能有以下幾個方面：

1）土壤有機碳分子標(biāo)志物的識別與生態(tài)意義判讀

由于土壤中的有機碳主要來源于受氣候變化強烈影響的植被殘體及微生物等生物量的輸入，并且有機質(zhì)、腐殖酸等形成與氣溫、降水、土壤環(huán)境條件等息息相關(guān)。尋找與氣候變化中某些因子密切關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)志物往往成為揭示氣候變化的有效工具。同時，在剖面中，尤其是深層土壤中，由于土壤環(huán)境條件相對單一，不易變化，其中有機碳分子結(jié)構(gòu)的組成特征，尤其是某些惰性結(jié)構(gòu)的持留狀態(tài)，往往反映了土壤形成時的環(huán)境特征。如何尋找、分析和挖掘有機碳分子結(jié)構(gòu)特征所蘊含的氣候或者環(huán)境信息是未來研究的一個熱點與難點方向。

2）生物對土壤有機碳分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換過程的調(diào)控作用及機制

雖然微生物在土壤有機碳形成過程的角色及作用已經(jīng)得到廣泛研究，然而土壤動物在此過程的作用依然未得到充分的重視。土壤動物通過攝食、筑巢等行為，直接或間接影響了有機碳的分子結(jié)構(gòu)特征。土壤動物的生態(tài)特征，如種類、群落結(jié)構(gòu)、生物量等與有機碳分子結(jié)構(gòu)之間相互作用關(guān)系是未來研究的熱點問題。此外，微生物與有機碳分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的關(guān)系尚不清楚，且目前的研究大多數(shù)停留在定性描述上，缺乏定量闡釋，依然需要深入研究。

3）大尺度環(huán)境/生態(tài)過程與碳庫分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的耦合機制

氣候變化與碳庫分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換二者之間在空間尺度上存在巨大差異，因此如何將宏觀尺度上的環(huán)境/生態(tài)過程與微觀尺度上的化學(xué)過程相耦合是目前的難點問題。由于氣候變化涉及多個氣候因子，且不同氣候因子之間相互聯(lián)系并與陸地圈層之間存在極為復(fù)雜正負反饋關(guān)系，揭示土壤碳庫有機碳分子結(jié)構(gòu)如何響應(yīng)多重環(huán)境因子變化也是未來研究的主要方向之一。

4）新的土壤有機碳分子結(jié)構(gòu)辨識技術(shù)及判讀

目前對于土壤中有機碳結(jié)構(gòu)的主要基于熱裂解—氣質(zhì)聯(lián)機（Py-GC-MS）、傅里葉變換紅外分析（FITR）以及魔角自旋交叉極化C-13核磁共振（CPMAS13C-NMR）等技術(shù)，然而這些技術(shù)或多或少存在一定的缺陷。如CPMAS13C-NMR 技術(shù)雖然具有精度高的特點，然而其能夠鑒定的結(jié)構(gòu)有限；FITR技術(shù)更多是對化學(xué)成鍵進行鑒定，而對于有機碳結(jié)構(gòu)的識別能力有限；而Py-GC-MS技術(shù)對樣品混勻度具有較高要求，同時如果處理土壤的有機碳含量較低，則必須對土壤中有機碳進行相關(guān)的提純、濃縮處理，而這勢必會影響土壤中化學(xué)結(jié)構(gòu)的測試結(jié)果。此外，由于土壤中有機質(zhì)是極為復(fù)雜的多種有機化合物復(fù)合體，在裂解過程中所產(chǎn)生的種類更是繁雜，如何考量有機官能團的類型與土壤有機質(zhì)物質(zhì)組成之間的關(guān)系，正確由分子尺度的官能團結(jié)構(gòu)、組成推測土壤有機質(zhì)物質(zhì)組成特征是認識生物標(biāo)志物及有機碳循環(huán)過程的基礎(chǔ)［71］；如何快速、有效、正確識別所分析的有機碳結(jié)構(gòu)是極為重要的。雖然目前借助于計算機判讀技術(shù)能夠代替部分人工識別工作，然而對于具有多種可能性的結(jié)構(gòu)依舊需要研究者根據(jù)自身經(jīng)驗進行判讀。發(fā)展新技術(shù)方法、構(gòu)建豐富完整的土壤有機碳分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫、提高化合物自動判讀的精確度與準(zhǔn)確度是目前研究面臨的巨大挑戰(zhàn)。

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